Modelado del proceso de mezcla y combustión de metano en un quemador gaseoso mediante dinámica de fluidos computacional

Abstract

[ES] El uso de hidrógeno en quemadores gaseosos es un campo de gran interés en el contexto actual de búsqueda de soluciones tecnológicas para la descarbonización. La optimización de su funcionamiento en cuanto a eficiencia y emisiones requiere un conocimiento detallado del flujo de aire, que permita una mezcla adecuada con el combustible. La herramienta más adecuada para ello es la dinámica de fluidos computacional (CFD), que ha conseguido un gran desarrollo en las últimas décadas.

El presente Trabajo Fin de Máster llevará a cabo el modelado mediante CFD de un quemador gaseoso existente en el Instituto CMT-Clean Mobility & Thermofluids de la UPV. Si bien dicho sistema ha sido diseñado para funcionar con hidrógeno, los primeros trabajos con el mismo han comenzado por alimentarlo con metano, de características similares al gas natural y con un comportamiento más sencillo de predecir.

El objetivo del modelado es, precisamente, analizar el proceso de mezcla con el aire y reacción química del metano para diferentes situaciones de funcionamiento. Para ello, se utilizará el software OpenFOAM. Se desarrollará todo el flujo de trabajo, incidiendo especialmente en el post-procesado mediante el software ParaView.

[EN] The use of hydrogen in gas burners is a field of great interest in the current context of searching for technological solutions for decarbonization. Optimizing its performance in terms of efficiency and emissions requires a detailed understanding of the airflow to allow for proper mixing with the fuel. The most suitable tool for this is Computational Fluid Dynamics (CFD), which has seen significant development in recent decades.

This Master's thesis will carry out CFD modeling of an existing gas burner at the CMT-Clean Mobility & Thermofluids Institute of UPV. Although this system has been designed to operate with hydrogen, initial studies have started by using methane as fuel, which has similar characteristics to natural gas and a more straightforward behavior to predict.

The aim of the modeling is to analyze the mixing process with air and the chemical reaction of methane under different operating conditions. For this purpose, the OpenFOAM software will be used. The entire workflow will be developed, with a special focus on post-processing using the ParaView software.